关于五大物联网和网络验证挑战的分析和介绍

我们的产品设计涉及到更多协议和数十亿门设计，还要最大程度降低能耗，软件也变得日益繁多复杂，对于网络应用，还存在数百个交换机和路由器端口，因此我们需要可扩展的虚拟硬件仿真。

我们需要进行大量验证，来设计用于组成物联网(IoT) 和网络生态系统的产品和网络。这些都是非常复杂的大规模设计。它们使用大量的软件，而且必须满足严格的低功耗要求。因此，它们需要经过大量的验证周期，才能得到充分的运用和调试。

IoT 设计和网络设计的五大特征对验证工作具有重大影响。这两种设计具有以下四大共同特征：“每颗芯片实现更多的协议”会更好、设计规模更大且更加复杂、对低功耗的要求更高，以及更多软件。网络系统还面临着第五个挑战：交换机和路由器端口的数量持续增加。

图 1.IoT 设计面临的四大难题 (Mentor Graphics)。

只有硬件仿真才能够提供足够的容量、速度和功能，让您能够高效地完成大量验证。现在，我们还需要认真考虑应该如何使用硬件仿真。传统的电路内仿真(ICE)不仅无法支持迅速增长的互联网芯片端口数的需求，对于测试IoT设备上的众多接口协议也不实用。我们需要舍弃传统的电路内仿真，而转向以软件为中心的虚拟硬件仿真。

首先，我们将讨论这些挑战，然后再介绍它们的解决方案。

IoT 和网络设计的主要挑战

1.每个芯片需承载更多协议

由于更多应用程序和功能需要同时连接到网络，因此每个设备所使用的协议数量在不断增加。例如，手机需要连接到云存储空间、播放流媒体格式的音视频、运行各种应用程序以及拨打接听电话和收发文本信息。

所有这些协议本身可能非常复杂。但因为在不同协议之间以及它们与设计的其余部分之间存在如此多的通信和交互，因此它们会呈现出许多棘手的需要检查甚至调试的场景和边界情况。

将所有这些协议都置于单个 SoC 上，将会大幅增加硬件复杂度。芯片的内外部通信协议越多，验证设计所需的验证周期就越长。

图 2.IoT 提高了每颗芯片的协议使用要求(Mentor Graphics)。

2.设计规模更大

设计规模更大的协议集成会增加复杂度和尺寸。此外，各种功能、多处理器和嵌入式软件也会增加其复杂度和尺寸。消费者希望产品能够处理更多功能。这些设备必须提供集成的数字、音频、语音和数据功能，且始终保持运行和连接状态。

集成的功能数量越多，运行的并发性也就越高。这使得验证系统变得越发困难，因为一个系统可能包含数十亿门。因此，我们必须重新考虑验证技术，这是不言而喻的。

图 3.更多集成、多功能、多处理器、嵌入式软件提高了复杂性(Mentor Graphics)。

3.功耗更低

设计决策需要考虑到功耗、面积和性能。IoT设计尤其重视功耗。这使得系统级功耗分析和管理成为一项重要工作。

在设计流程早期提供精确功耗分析的验证解决方案，有助于确保您的设计决策能够显著降低能耗。此类分析的准确度取决于测量会最终在SoC上运行的特定应用场景的功耗。这正是传统基于测试平台的验证方法的不足之处。我们需要一种更好的方法，来提供符合IoT 设计人员需求的分析。

图 4.数据软件仿真测试平台无法捕获精确的功耗测量数据(Mentor Graphics)。

4.更高端的软件内容

在软件模拟器上运行传统软件验证正逐渐被淘汰。软件仿真进展太慢，无法对运行数十亿周期或数据帧的SoC 执行充分的压力测试。如果设计人员完全或很大程度地依赖软件仿真，他们就不得不在功能方面做出妥协。他们不能完全理解系统或SoC 中究竟发生了什么情况，因为他们无法生成和隔离可能在实际应用中导致问题的边界情况。

同样，较多的软件内容会大大增加SoC 的开发成本，因为根据经验法则，软件要求为每位硬件工程师配备五到十名软件工程师。这些软件工程师需要尽可能高效地执行相关验证。

您的编程团队需要一种能够提升OS 性能的验证解决方案，并在硬件原型可用之前于目标硬件上运行软件应用程序。并且该解决方案还需具备执行全面验证软件所需的数十亿周期的容量和速度。

图 5.增加软件内容可推动SoC开发和成本节约 (Mentor Graphics)。

5.增加网络交换机和路由器活动

IoT 正在不断推动网络发展，因为消费者需要更多的带宽、更加丰富的多媒体，以及更多视频流和音频流。因此，网络公司必须提供更高的带宽、更优异的计算性能以及更多专注于内容的应用程序。业界正在扩展和/或推出以太网和其他网络标准以满足这些需求，并通过更快速的网络协议和更多端口来改善网络服务。

例如，为满足需求而产生的大量网络配置迫使较新网络芯片的开发人员不得不将数以千计的以太网端口置于单个SoC 上。如此一来，在一个硬件测试环境中为所有这些端口提供连接就变得几乎不可能。因此，网络公司需要在软件中采取某种方式来实施他们的设计。

针对 IoT网络以硬件仿真为主的验证

当今的硬件和软件需要大量的验证。产品开发工作不会变得更加简单，而只会变得日益困难。要记住，开发人员需要在不断缩短的时间期限内开发出产品，这也会加大开发难度。那么，硬件仿真如何帮助您应对这些压力呢？为什么硬件仿真会成为验证过程的一个“必需”环节？

Mentor Graphics 仿真团队认为，改进复杂IoT 和网络系统验证的最佳方式是使用Veloce 平台来重复IoT 公司进行设计的过程。这种方法包括断开运行于手机和其他产品上的应用程序与硬件和操作系统间的关系。此方法是可行的，因为最终用户往往比较关注自己想要使用的应用程序，并希望这些应用程序可以在其所拥有的任何操作系统或设备上都可以运行。